四川茂县宗渠沟低危险堰塞湖溃决泥石流发育特征及工程对策

时间：2024-07-06

王磊，冯毅

（成都兴蜀勘察基础工程公司，成都 610072）

汶川地震在龙门山区域诱发256处堰塞湖,其中坝高10 m以上的有33处；而在这33处堰塞湖中，处于极高或高风险状态的8处[1]。茂县宗渠沟堰塞湖作为这33处堰塞湖中的一处，其堰塞坝最高达到80m，最大水深35m，库容约25×104m3，于2009年3月21日发生自然漫顶溃决[2]。堰塞湖溃决后在堰塞坝右侧形成长约150m，最窄处宽约6m，深约10m的溢流槽，至此堰塞湖残留库容约6.78×104m3（图1），堰塞湖危险级别转为低危险。但是在2013年7月9日夜至10日晚，茂县境内普降大雨，堰塞坝左岸龙头包坡面松散固体物质起动产生泥石流,并进入堰塞湖库区、抬高库区水位。同时主沟洪水进入堰塞湖,使库区水量激增，洪水对溢流槽沟床形成剧烈揭底冲刷，最大下切深度达到5m，造成堰塞湖的进一步溃决，并引发泥石流灾害，造成巨大经济财产损失。本文通过对宗渠沟低危险堰塞湖溃决泥石流发育特征的归纳、总结，进而揭示暴雨条件下该类泥石流的发育规律及发展趋势，并提出相应的防治工程对策，对5.12震区现存同类型泥石流防治工程方案的拟定具有一定参考意义。

1 流域基本特征

宗渠沟泥石流位于茂县凤仪镇宗渠村，沟口地理位置坐标：东经103°48′18.43″、北纬31°38′41.93″。流域地貌属邛崃山系构造侵蚀中山峡谷地貌，流域源头高程4881m，沟口高程1560m，高差3321m，平均纵坡约为274.69‰。宗渠沟流域形态呈口袋型，为树枝状水系，除主沟外，发育2条规模较大的支沟。主沟纵向长度11.11km，沟道宽度5～80m不等，沟域面积为5.78km2，流域面积37.39km2。从整个流域上看，将宗渠沟划分为形成区、流通区及堆积区。其中形成区纵坡相对较陡，约453‰；流通区平均纵坡降298.92‰；而下游堆积区总体上纵坡较缓，坡降约101.11‰。从河流切割形成的侵蚀面观察沟道物质组2成主要为泥石流堆积物（Q4sef），其间碎块石无分选，下伏为冲洪积层（Q4al+pl）。

2 主沟沟道特征

宗渠沟沟道内常年有流水，沟谷形态总体为“V”形谷，局部为上部宽“V”形下部“U”形复式沟谷，沟道最窄处仅5m，最宽处约120m，平均宽度约25m，沟道弯道较多，局部沟段基岩卡口发育。5.12地震期间主沟左岸的龙头包峰发生大规模崩塌，总崩塌方量达154×104m3，其堆积体前缘进入宗渠沟沟道堵断水流形成堰塞湖。该堰塞湖历经2009年3月及2013年7月两次溃决，目前库区内已无蓄水；堰塞坝右侧溢流槽纵坡约531.72‰，下蚀强烈，侧蚀、溯源侵蚀现象明显。沟道两侧岸坡地势较陡，坡度约38°～45°，大部分山坡上部常青针叶林覆盖。沟道下部基岩普遍出露，受龙门山华夏系构造带中的牟托-十里铺复背斜及茂汶断层控制，流域上游及下游沟段主要分布志留系茂县群（Smx3-5）地层，岩性为浅海相灰色绢云石英千枚岩与结晶灰岩、石榴石片岩、灰色绢云千枚岩夹砂岩、泥质灰岩及灰绿色千枚岩夹砂岩、灰岩。流域中游主要分布泥盆系月里寨群（Dyl1-2）地层，岩性主要为浅海相及滨海相灰岩与千枚岩互层、炭质千枚岩夹结晶灰岩。这两套地层抗风化能力弱，片理和裂隙均发育，在地震作用下极易产生滑塌失稳，为泥石流提供了丰富的固体物源。

3 泥石流堆积及输移特征

宗渠沟形成区面积较大，流通区相对较短。沟口以下G213线至岷江河岸为泥石流堆积扇，平面形态呈喇叭状，为多次堆积而成，顶托岷江现象明显。扇体纵长约0.3km，宽约0.25km，面积约0.05km2，地形坡度5～8°，成份主要为块碎石土，大小混杂堆积，碎石含量55%，块石含量约10%，粘性土填充。碎石一般粒径10～15cm，最大约50×80×60cm。通过对堆积物及2013年7月泥石流后沟道两侧残留泥石流浆体的分析，宗渠沟泥石流体粘度相对较大，泥石流输移方式应以阵性输移为主，在一定条件下可转变为连续性输移，泥石流补给方式以沿途补给为主。

4 泥石流形成条件分析

4.1 物源成因及储量

物源区内人类活动主要以农耕为主。区内植被覆盖较高，物源的产生主要与地震、地层岩性、构造及风化作用有关。由于区内地层岩性主要以千枚岩及灰岩软硬相间为主，在一定条件下极易沿软岩层面形成山体失稳；流域内地层受新构造运动影响强烈，山体节理、裂隙发育，岩层的原生节理及局部岩层受到变质作用形成控制滑坡的控制面。加之受到 5.12地震的影响，沟谷侵蚀加剧，岸坡高陡，造成沟道内滑坡现象发育，为泥石流的形成提供了丰富的物源。

在调查区特有的地质条件及环境因素的共同影响下，宗渠沟流域内物源储量巨大，最大物源为主沟中游龙头包崩塌堆积体。通过遥感判译及现场校核，流域内共分布物源点38处，其中主沟物源点34处，沟内可动物源储量约32.59×104m3。

图1 宗渠沟堰塞湖2010年遥感影像

图2 宗渠沟堰塞湖2014年5月状态

4.2 地形

调查区地貌上属邛崃山系构造侵蚀中山峡谷地貌，地势陡峻，山体峻峭。堆积区地形开阔，地势相对形成区及流通区平坦。形成区内沟道深切、狭窄，局部沟段河流下切较深。流通区及形成区部分沟道受岸坡滑坡影响，河道不畅，局部甚至堵塞。从现场调查来看，宗渠沟的地形非常有利于泥石流的起动。

4.3 水源

调查区属高原型季风气候，冬春季节降水量严重偏少，常发生冬干连春旱，而夏秋季降水偏多，降水集中在下半年，同时随海拔的增加而降雨量增大。宗渠沟沟道常年有水，水量较大。其补给来源除降水外，岩层裂隙水及冰雪融水也为其主要补给来源。流域内山势陡峻，山体覆盖层薄，不利于雨水下渗，在暴雨时较易形成地表径流汇入沟道从而形成洪水，为泥石流的起动提供了较好的水源条件。

5 泥石流活动趋势预测及防灾对策

5.1 泥石流活动历史分析

通过对当地居民的调访（最大年龄为79岁，男），宗渠沟在5.12地震前从未暴发过泥石流活动，2009年 3月宗渠沟堰塞湖洪水溃决后，基本每年都会爆发一至两次泥石流活动，但是规模均较小，未造成人员伤亡及财产损失。宗渠沟有记载且规模最大的一次泥石流灾害即为2013年7月10日的泥石流灾害，该次泥石流灾害共损毁民房27户43间，其中4户10间被泥石流完全冲毁，所幸并未造成人员伤亡。泥石流同时冲毁耕地300余亩，直接经济损失约210万元。

通过对宗渠沟流域的调查表明，沟道仍处于下切阶段，泥石流处于壮年期，再次暴发泥石流的可能性较高。

5.2 泥石流发展趋势预测

目前宗渠沟主沟侵蚀大于支沟，沟道仍处于下切阶段，泥石流活动正处于壮年期，今后相当长的一段时期都将是泥石流灾害的高发期，泥石流性质以粘性泥石流为主。同时虽然堰塞湖内已无大面积水体，但堰塞坝右侧溢流槽纵坡过陡，下蚀、侧蚀及溯源侵蚀作用强烈，同时历年洪水及泥石流携带大量泥沙沉积于库区内，根据现场估算其方量约16.9×104m3（图2），这些松散固体物质在洪水溯源冲刷作用下极易起动形成泥石流活动，而堰塞坝在冲刷下溢流槽自然边坡极易失稳堵塞溢流通道，进而形成溃决进一步加剧泥石流活动。因此对于维持堰塞湖库区内松散固体物质及堰塞坝自然边坡的稳定，也是今后防灾工作中需要密切关注的一个问题。

5.3 建议防治工程措施

宗渠沟沟道特征为上游纵坡较大，下游逐渐变缓，局部地段有陡缓相间的变化特点，沟道宽度总体上上游狭窄，而下游逐渐变宽，但是由于上游沟道纵坡较大，库容极有限，可供选择修建拦砂坝的坝址有限。但是在适合修建拦砂坝的沟段通过提高坝高可显著提高库容，对调节泥石流峰值流量的作用明显，同时可采用格栅坝，增加坝的拦排效益比，延长泥库使用年限。

据此，建议防治方案为：

1）在堰塞湖溢流槽下部修建拦砂坝一座，通过回淤达到稳定堰塞体的目的，同时采用大块石加固现有溢流槽沟床，稳固堰塞湖内沟床物源，防止其在洪水冲刷下溯源侵蚀起动；

2）在沿途居民分布沟段修建防冲堤保护沟道内居民；

3）在沟口弯道前修建谷坊坝一座，起到调减洪峰，降低泥石流弯道超高，减轻下游行洪压力，提高下游防冲堤安全性。